Znížená hodnota emf sekundárneho vinutia. Od čoho závisí EMF vinutia transformátora a aký je ich účel? To, čo sa nazýva transformačný pomer

V roku 1876 P.I. Jabločkov navrhol použiť na napájanie sviečok transformátor. V budúcnosti bol dizajn transformátorov vyvinutý ďalším ruským vynálezcom, mechanikom I.F. Usagin, ktorý navrhol použiť transformátory na napájanie nielen Yablochkovových sviečok, ale aj iných spotrebiteľov elektrickej energie.

Transformátor je elektrický prístroj založený na fenoméne vzájomnej indukcie a určený na premenu striedavého prúdu jedného napätia na striedavý prúd iného napätia, ale rovnakej frekvencie. Najjednoduchší transformátor má oceľové jadro a dve vinutia, izolované od jadra aj od seba.

Vinutie transformátora, ktoré je pripojené k zdroju napätia, sa nazýva primárne vinutie, a nazýva sa vinutie, ku ktorému sú pripojené spotrebitelia alebo prenosové vedenia sekundárne vinutie.

Striedavý prúd prechádzajúci primárnym vinutím vytvára striedavý magnetický tok, ktorý sa spája so závitmi sekundárneho vinutia a indukuje v nich EMF.

Pretože magnetický tok je premenlivý, indukované EMF v sekundárnom vinutí transformátora je tiež premenlivé a jeho frekvencia sa rovná frekvencii prúdu v primárnom vinutí.

Striedavý magnetický tok prechádzajúci jadrom transformátora križuje nielen sekundárne vinutie, ale aj primárne vinutie transformátora. Preto sa EMF bude indukovať aj v primárnom vinutí.

Hodnoty EMF indukované vo vinutiach transformátora závisia od frekvencie striedavého prúdu, počtu závitov každého vinutia a veľkosti magnetického toku v jadre. Pri určitej frekvencii a konštantnom magnetickom toku závisí hodnota EMF každého vinutia iba od počtu závitov tohto vinutia. Tento vzťah medzi hodnotami EMF a počtom závitov vinutia transformátora možno vyjadriť vzorcom: 1 / 2 = N1 / N2, kde 1 a 2 sú EMF primárneho a sekundárneho vinutia, N1 a N2 sú počty závitov primárneho a sekundárneho vinutia.

Rozdiel medzi EMF a napätím je taký malý, že vzťah medzi napätiami a počtom závitov oboch vinutí možno vyjadriť vzorcom: U1 / U2 == N1/N2. Rozdiel medzi EMF a napätím v primárnom vinutí transformátora sa stáva obzvlášť malým, keď je sekundárne vinutie otvorené a prúd v ňom je nulový (prevádzka naprázdno) a v primárnom vinutí preteká len malý prúd, tzv. prúd naprázdno. V tomto prípade sa napätie na svorkách sekundárneho vinutia rovná EMF indukovanému v ňom.

Číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je napätie v primárnom vinutí väčšie (alebo menšie) ako napätie v sekundárnom vinutí, sa nazýva transformačný pomer a označuje sa písmenom k. k = U1 / U2? N1 / N2.

Menovité napätie vinutia vysokého a nízkeho napätia uvedené na typovom štítku transformátora sa vzťahuje na režim bez zaťaženia.

Transformátory, ktoré slúžia na zvýšenie napätia, sa nazývajú step-up; ich transformačný pomer je menší ako jedna. Znižovacie transformátory znižujú napätie; ich transformačný pomer je viac ako jedna.

Režim, v ktorom je sekundárne vinutie transformátora otvorené a na svorky primárneho vinutia je privedené striedavé napätie, sa nazýva prevádzka transformátora naprázdno alebo naprázdno.

Ako funguje transformátor?

(b, c) Š x. W 2 pripojený k záťaži.

U 1 ja 1 F. Tento tok vyvoláva EMF e 1 a e 2 vo vinutí transformátora:

EMF e 1 U 1, EMF e 2 vytvára napätie U 2

· Znižovací transformátor - transformátor, ktorý znižuje napätie (K> 1).

Čo sa nazýva transformačný pomer?

Transformačný pomer je pomer efektívnych napätí na koncoch primárneho a sekundárneho vinutia s otvoreným obvodom sekundárneho vinutia (transformátor naprázdno). K = W1/W2 = e1/e2.

U transformátora pracujúceho v režime naprázdno s dostatočnou presnosťou pre prax to môžeme predpokladať.

Aké poznáte menovité parametre transformátora a čo určujú?

Menovitý výkon je menovitý výkon každého z vinutí transformátora. Menovitý prúd, napätie vinutia. Vonkajšia charakteristika je závislosť napätia na svorkách transformátora od prúdu pretekajúceho záťažou pripojenou na tieto svorky, t.j. závislosť U2 = f (I2) pri U1 = konšt. Zaťaženie je určené koeficientom zaťaženia Kn = I2 / I2nom ≈ I1 / I1nom, účinnosť - η = P2 / P1

Ako určiť menovité prúdy vinutia transformátora, ak je známy menovitý výkon transformátora?

Menovitý výkon transformátora s dvoma vinutiami je menovitý výkon každého vinutia transformátora.

Rovnica menovitého výkonu: S H = U1 * I1 ≈ U2 * I2

I1 = SH/U1; I2 = SH/U2

Čo sa nazýva vonkajšia charakteristika transformátora a ako ju získať?

Vonkajšia charakteristika je závislosť napätia na svorkách transformátora od prúdu pretekajúceho záťažou pripojenou na tieto svorky, t.j. závislosť U 2 = f (I 2) pri U 1 = konšt. Pri zmene záťaže (prúd I 2) sa mení sekundárne napätie transformátora. Je to kvôli zmene poklesu napätia na sekundárnom odpore I 2 " z 2 a zmena EMF E 2 "= E 1 v dôsledku zmeny poklesu napätia na odpore primárneho vinutia.

Rovnovážne rovnice pre EMF a napätia majú tvar:

Ù 1 = –È 1 + Ì 1 " z 1, Ù 2 "= È 2 - Ì 2" z 2 " (1)

Hodnota zaťaženia v transformátoroch je určená faktorom zaťaženia:

K n = I 2 / I 2 nom ≈ I 1 / I 1 nom;

Charakterom záťaže je fázový uhol sekundárneho napätia a prúdu. V praxi sa často používa vzorec

U2 = U20 (1 - Δu / 100),

Δu = K n (u ka cosφ 2 + u cr sinφ 2)

u ka = 100 % I 1nom (R 1 - R 2 ") / U 1nom

u ka = 100 % I 1nom (X 1 - X 2 ") / U 1nom

Ako nájsť percentuálnu zmenu sekundárneho napätia transformátora pre danú záťaž?

Percentuálna zmena sekundárneho napätia ∆U 2 % pri premenlivom zaťažení sa určí nasledovne: kde sú sekundárne napätia naprázdno a pri danom zaťažení.

Aké obvody náhradného transformátora poznáte a ako sa určujú ich parametre?

Ekvivalentný obvod transformátora v tvare T:

Ako funguje transformátor?

Transformátor je statické elektromagnetické zariadenie určené na premenu striedavej elektrickej energie jedného napätia pomocou magnetického toku na striedavú elektrickú energiu iného napätia s konštantnou frekvenciou.

Elektromagnetický obvod transformátora (a) a konvenčné grafické symboly transformátora (b, c) sú znázornené na obr. Na uzavretom magnetickom obvode z elektrooceľových plechov sú dve vinutia. Primárne vinutie s počtom závitov Š x je napojený na zdroj elektrickej energie s napätím U . Sekundárne vinutie s počtom závitov W 2 pripojený k záťaži.

Od čoho závisí EMF vinutia transformátora a aký je ich účel?

Pod vplyvom privádzaného striedavého napätia U 1 v primárnom vinutí sa objaví prúd ja 1 a objaví sa meniaci sa magnetický tok F. Tento tok vyvoláva EMF e 1 a e 2 vo vinutí transformátora:

EMF e 1 vyrovnáva hlavnú časť zdrojového napätia U 1, EMF e 2 vytvára napätie U 2 na výstupných svorkách transformátora.

3. V akých prípadoch sa transformátor nazýva step-up a v akých - step-down?

· Znižovací transformátor - transformátor, ktorý znižuje napätie (K> 1).

Zvyšovací transformátor - transformátor, ktorý zvyšuje napätie (K<1).

Princíp činnosti transformátora je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie (vzájomná indukcia). Vzájomná indukcia spočíva v indukcii EMF v indukčnej cievke pri zmene prúdu v inej cievke.

Vplyvom striedavého prúdu v primárnom vinutí vzniká v magnetickom obvode striedavý magnetický tok

ktorý preniká do primárneho a sekundárneho vinutia a vyvoláva v nich EMF

kde sú hodnoty amplitúdy EMF.

Efektívna hodnota EMF vo vinutiach je rovnaká

; .

Pomer EMF vinutí sa nazýva transformačný pomer

Ak, potom je sekundárny EMF menší ako primárny a transformátor sa nazýva zostupný transformátor, keď - zvyšovací transformátor.

Otázka 8. Vektorový diagram ideálneho transformátora bez zaťaženia.

Keďže uvažujeme o ideálnom transformátore, t.j. bez rozptylu a straty výkonu, potom prúd h.x. je čisto magnetizačná – t.j. vytvára magnetizujúcu silu, ktorá vytvára tok, kde je magnetický odpor jadra, pozostávajúci z odporu ocele a odporu v spojoch jadra. Amplitúda aj tvar krivky prúdu závisia od stupňa nasýtenia magnetického systému. Ak sa prietok mení sínusovo, tak pri nenasýtenej oceli je krivka prúdu naprázdno prakticky tiež sínusová. Ale so saturáciou ocele sa prúdová krivka stále viac líši od sínusoidy (obr. 2.7.) Prúdová krivka x.x. možno rozložiť na harmonické. Keďže krivka je symetrická okolo osi x, rad obsahuje iba harmonické nepárneho rádu. Prvá harmonická prúdu i ( 01) je vo fáze s hlavným prúdom. Z vyšších harmonických je najvýraznejšia tretia harmonická prúdu i ( 03) .

Obr 2.7 Prúdová krivka X.X

RMS hodnota prúdu naprázdno:

. (2.22)

Tu ja 1 m , ja 3 m , ja 5 m- amplitúdy prvej, tretej a piatej harmonickej prúdu naprázdno.

Keďže prúd naprázdno zaostáva za napätím o 90 , činný výkon spotrebovaný ideálnym transformátorom zo siete je tiež nulový, t.j. ideálny transformátor odoberá čistý jalový výkon a magnetizačný prúd zo siete.

Vektorový diagram ideálneho transformátora je znázornený na obr. 2.8.

Ryža. 2.8. Vektorový diagram ideálneho transformátora

Otázka 9 Vektorový diagram bez zaťaženia skutočného transformátora.

V skutočnom transformátore dochádza k úniku a stratám v oceli a medi. Tieto straty sú kryté výkonom. R 0, vstupujúci do transformátora zo siete.

kde ja 0а - efektívna hodnota činnej zložky prúdu naprázdno.

V dôsledku toho má prúd naprázdno skutočného transformátora dva výstupy: magnetizáciu - ktorá vytvára hlavný tok F a zhodujúce sa s ním vo fáze a aktívne:

Vektorový diagram skutočného transformátora je znázornený na obr. 2.9.

Zvyčajne má teda táto zložka malý vplyv na hodnotu prúdu naprázdno, ale viac ovplyvňuje tvar krivky prúdu a jeho fázu. Krivka prúdu naprázdno je jasne nesínusová a je posunutá v čase vzhľadom na krivku toku o uhol nazývaný uhol magnetického oneskorenia.

Nahradením skutočnej krivky prúdu naprázdno ekvivalentnou sínusoidou môžete napísať rovnicu napätia v komplexnej forme, kde sa všetky veličiny menia sínusovo:

Vzhľadom na to, že emf rozptylu,

Ryža. 2.9. Vektorový diagram skutočného transformátora

Ryža. 2.11. Vektorový diagram napätí transformátora, režim bez zaťaženia

ЛР 5. Štúdium prevádzkových režimov jednofázového transformátora

Vymenujte hlavné konštrukčné prvky jednofázového transformátora.

Jednofázový transformátor pozostáva z magnetického obvodu (jadra) a dvoch na ňom uložených vinutí. Vinutie pripojené k sieti sa nazýva primárne a vinutie, ku ktorému je pripojený prijímač elektrickej energie, sa nazýva sekundárne. Magnetický obvod je vyrobený z feromagnetického materiálu a slúži na zosilnenie magnetického poľa a uzatvára sa cez neho magnetický tok.

Vlastnosti vyhotovenia magnetického obvodu transformátora.

Magnetický obvod transformátora je v magnetickom poli striedavého prúdu, a preto v procese prevádzky dochádza k jeho neustálej reverzii magnetizácie a indukujú sa v ňom vírivé prúdy, na ktoré sa vynakladá energia, ktorá sa vynakladá na zahrievanie magnetického poľa. obvod. Na zníženie energetických strát pre reverzáciu magnetizácie je magnetický obvod vyrobený z mäkkého magnetického feromagnetu, ktorý má nízku zvyškovú indukciu a ľahko sa remagnetizuje, a aby sa znížili vírivé prúdy a tým aj stupeň zahrievania magnetického obvodu, magnetický obvod sa skladá zo samostatných dosiek z elektroocele, ktoré sú navzájom izolované.

3. Ako sa určuje EMF vinutia transformátora, od čoho závisia?

EMF vinutia transformátora sa určuje podľa vzorcov: Ei = 4,44 * fm * f * N1 a E2 = 4,44 * fm * f * N2

kde Fm- maximálna hodnota magnetického toku,

f- frekvencia striedavého prúdu,

N 1 a N 2- počet závitov primárneho a sekundárneho vinutia.

EMF vinutia transformátora teda závisí od magnetického toku, frekvencie striedavého prúdu a počtu závitov vinutia a pomer medzi EMF závisí od pomeru počtu závitov vinutia.

4. Vymenujte druhy strát energie v transformátore, od čoho závisia?

Počas prevádzky transformátora v ňom vznikajú dva typy energetických strát:

1. Magnetické straty sú straty energie vyskytujúce sa v magnetickom obvode. Tieto straty sú úmerné sieťovému napätiu. Energia sa v tomto prípade vynakladá na obrátenie magnetizácie magnetického obvodu a na vytváranie vírivých prúdov a premieňa sa na tepelnú energiu uvoľnenú v magnetickom obvode.

2. Elektrické straty sú straty energie vyskytujúce sa vo vinutí transformátora. Tieto straty sú spôsobené prúdmi tečúcimi vo vinutí a sú určené: Pe = I21R1 + I22R2.

To. elektrické straty sú úmerné kvadrátom prúdov tečúcich vo vinutiach transformátora. V tomto prípade sa energia vynakladá na ohrev vinutia.

5. Ako sa určujú magnetické straty v transformátore, od čoho závisia?

Na určenie magnetických strát v transformátore sa vykonáva experiment XX, v ktorom je prúd v sekundárnom vinutí nulový a v primárnom vinutí prúd nepresahuje 10% I číslo... Pretože pri vykonávaní tohto experimentu je elektrický prijímač vypnutý, potom všetok výkon meraný wattmetrom pripojeným k obvodu primárneho vinutia transformátora je výkon elektrických a magnetických strát. Magnetické straty sú úmerné napätiu aplikovanému na primárne vinutie. Pretože počas experimentu XX je napájané primárne vinutie U nom , potom budú magnetické straty rovnaké ako v nominálnom režime. Elektrické straty závisia od prúdov vo vinutiach a od r prúd v sekundárnom vinutí je nulový a v primárnom vinutí prúd nepresahuje 10% nominálnej hodnoty, potom sú elektrické straty nevýznamné. Ak teda zanedbáme nevýznamné elektrické straty, domnievame sa, že všetok výkon nameraný počas experimentu XX je silou magnetických strát.

6. Ako sa určujú elektrické straty v transformátore, od čoho závisia?

Na určenie elektrických strát v transformátore sa vykoná skúška na skrat. Na tento účel je potrebné znížiť napätie na sekundárnom vinutí na nulu, uzavrieť sekundárne svorky a zvyšovať napätie, kým sa vo vinutiach nestanovia menovité prúdy. Napätie, pri ktorom sú nastavené menovité prúdy vo vinutí, sa nazýva skratové napätie. Skratové napätie je spravidla zanedbateľné a nepresahuje 10% nominálnej hodnoty.

Zistia sa elektrické straty v transformátore počas skúšky skratu :Re = I 2 1nom R 1 + I 2 2 nom R 2.

Pretože pri vykonávaní skratového experimentu vo vinutí transformátora sú nastavené menovité prúdy, potom budú elektrické straty v nich rovnaké ako v nominálnom režime. Magnetické straty sú úmerné napätiu na primárnom vinutí a od r pri pokuse so skratom sa na primárne vinutie aplikuje malé napätie, potom sú magnetické straty tiež nevýznamné. Ak teda zanedbáme nevýznamné magnetické straty, môžeme predpokladať, že celý výkon nameraný pri skúške nakrátko predstavuje výkon elektrických strát.

PRAXE

ELEKTRICKÉ STROJE

A PRÍSTROJE

Návod

Pre študentov denného aj externého štúdia

v oblasti výroby prístrojov a optického inžinierstva

ako učebná pomôcka pre študentov vysokých škôl

inštitúcie študujúce v odbore 200101 (190100)

"Výroba nástrojov"

Kazaň 2005

MDT 621 375 + 621 316,5

BBK 31,261 + 31,264

Prochorov S.G., Khusnutdinov R.A. Workshop o elektrických strojoch

a aparát: Sprievodca štúdiom: Pre študentov denného a externého štúdia. Kazaň: Vydavateľstvo Kazaň. štát tech. Univerzita, 2005,90 s.

ISBN 5-7579-0806-8

Je určený na praktický výcvik a samostatnú prácu v disciplíne „Elektrické stroje a zariadenia“ v smere zaškolenia certifikovaného odborníka 653700 – „Výroba nástrojov“.

Príručka môže byť užitočná pre študentov študujúcich odbory

"Elektrotechnika", "Elektromechanické zariadenia vo výrobe nástrojov",

"Elektrické stroje v prístrojovej technike", ako aj študenti všetkých

strojárske odbory vrátane elektrotechnických.

Tab. Il. Bibliografia: 11 titulov.

Recenzenti: Katedra elektrického pohonu a automatizácie priemyselných inštalácií a technologických komplexov (Kazanská štátna energetická univerzita); profesor, Ph.D. fyz.-mat. Sci., docent V.A. Kirsanov (Kazanská pobočka Čeľabinského tankového inštitútu)

ISBN 5-7579-0806-8 © Kazaňské vydavateľstvo. štát tech. univerzita, 2005

© Prokhorov S.G., Khusnutdinov R.A.,

Ponúkané testy v disciplíne „Elektrické stroje a zariadenia“ sú určené na praktický výcvik a samostatnú prácu. Skúšky sú zostavené pre sekcie "Transformátory", "Asynchrónne stroje", "Synchrónne stroje", "Zberné jednosmerné stroje", "Elektrické zariadenia". Odpovede vo forme tabuľky sú uvedené na konci návodu.

TRANSFORMÁTORY

1. Prečo sú vzduchové medzery v transformátore minimalizované?

1) Zvýšiť mechanickú pevnosť jadra.

3) Na zníženie magnetického šumu transformátora.

4) Na zvýšenie hmotnosti jadra.

2.Prečo je jadro transformátora vyrobené z elektroocele?

1) Na zníženie prúdu naprázdno.

2) Na zníženie magnetizačnej zložky prúdu naprázdno

3) Na zníženie aktívnej zložky prúdu naprázdno.

4) Na zlepšenie odolnosti proti korózii.

3.Prečo sú dosky jadra transformátora stiahnuté pomocou kolíkov?

1) Na zvýšenie mechanickej pevnosti.

2) Na upevnenie transformátora k objektu.

3) Na zníženie vlhkosti vo vnútri jadra.

4) Na zníženie magnetického šumu.

4. Prečo je jadro transformátora vyrobené z elektricky izolovaných dosiek z elektroocele?

1) Na zníženie hmotnosti jadra.

2) Zvýšiť dielektrickú pevnosť jadra.

3) Na zníženie vírivých prúdov.

4) Pre zjednodušenie konštrukcie transformátora.

5. Ako sa označujú začiatky primárneho vinutia trojfázového transformátora?

1) a, b, c 2) X, r, z 3) A, B, C 4) X, Y, Z

6. Ako je zapojené primárne a sekundárne vinutie trojfázového transformátora, ak má transformátor skupinu 11 (Y - hviezda, Δ - trojuholník)?

1) Á / Δ 2) Δ / Á 3) Á / Á 4) Δ / Δ

7. Ako sa líši magnetický obvod a vinutie bežného transformátora hmotnosťou od autotransformátora, ak sú transformačné pomery rovnaké? TO= 1,95? Výkon a menovité napätie zariadení sú rovnaké.

1) Nelíšiť sa.

2) Hmotnosti magnetického obvodu a vinutia autotransformátora sú menšie ako hmotnosti

magnetického obvodu a vinutia konvenčného transformátora, resp.

3) Hmotnosť magnetického obvodu autotransformátora je menšia ako hmotnosť magnetického obvodu bežného transformátora a hmotnosti vinutí sú rovnaké.

4) Hmotnosti magnetického obvodu a vinutia konvenčného transformátora sú menšie ako hmotnosti zodpovedajúcich hodnôt autotransformátora.

5) Hmotnosť vinutia autotransformátora je menšia ako hmotnosť vinutí konvenčného transformátora a hmotnosti magnetických obvodov sú rovnaké.

8. Na akom zákone elektrotechniky je založený princíp činnosti transformátora?

1) O zákone elektromagnetických síl.

2) Ohmov zákon.

3) O zákone elektromagnetickej indukcie.

4) O prvom Kirchhoffovom zákone.

5) O druhom Kirchhoffovom zákone.

9. Čo sa stane s transformátorom, ak je pripojený na sieť konštantného napätia rovnakej veľkosti?

1) Nič sa nestane.

2) Môže vyhorieť.

3) Hlavný magnetický tok sa zníži.

4) Magnetický tok úniku primárneho vinutia sa zníži.

10. Čo prevádza transformátor?

1) Veľkosť prúdu.

2) Veľkosť napätia.

3) Frekvencia.

4) Hodnoty prúdu a napätia.

11. Ako sa prenáša elektrická energia z primárneho vinutia autotransformátora do sekundárneho?

1) Elektricky.

2) Elektromagneticky.

3) Elektricky a elektromagneticky.

4) Ako v bežnom transformátore.

12. Aký magnetický tok v transformátore je nositeľom elektrickej energie?

1) Únik magnetického toku primárneho vinutia.

2) Únik magnetického toku sekundárneho vinutia.

3) Magnetický tok sekundárneho vinutia.

4) Magnetický tok jadra.

13. Čo ovplyvňuje samoindukcia EMF primárneho vinutia transformátora?

1) Zvyšuje aktívny odpor primárneho vinutia.

2) Znižuje aktívny odpor primárneho vinutia.

3) Znižuje primárny prúd transformátora.

4) Zvyšuje sekundárny prúd transformátora.

5) Zvyšuje primárny prúd transformátora.

14. Čo ovplyvňuje samoindukčné EMF sekundárneho vinutia transformátora?

1) Zvyšuje aktívny odpor sekundárneho vinutia.

2) Znižuje aktívny odpor sekundárneho vinutia.

3) Znižuje sekundárny prúd transformátora.

4) Zvyšuje primárny prúd transformátora.

5) Znižuje indukčnú reaktanciu sekundárneho vinutia

transformátor.

15. Aká je úloha EMF vzájomnej indukcie sekundárneho vinutia transformátora?

1) Je zdrojom EMF pre sekundárny okruh.

2) Znižuje prúd primárneho vinutia.

3) Znižuje prúd sekundárneho vinutia.

4) Zvyšuje magnetický tok transformátora.

16. Vyberte vzorec pre zákon elektromagnetickej indukcie:

Vyberte správny pravopis efektívnej hodnoty EMF sekundárneho vinutia transformátora.

18. Ako koreluje veľkosť skratového napätia? U 1k a nominálne U 1n v transformátoroch stredného výkonu?

1) U 1k ≈ 0,05. U 1n 2) U 1k ≈ 0,5. U 1n 3) U 1k ≈ 0,6. U 1n

4) U 1k ≈ 0,75. U 1n 5) U 1k ≈ U 1n

19. Aké parametre náhradného obvodu v tvare T transformátora sú určené zo skúsenosti naprázdno?

1) r 0 , r 1 2) X 0 , r 1 3) r ' 2 , X ' 2